彰自制教具功能顯有效習題教學

朱 偉

(湖州市南潯中學 浙江 湖州 313009)

高中物理知識目標教學主要分為概念教學、規律教學、實驗教學和習題教學4部分.在概念、規律教學中，實驗展示已成為課堂教學的主要手段之一，可以達到突破難點，提高教學效率的作用.但筆者發現，在習題教學中，很少有配套實驗儀器來輔助教學.解決習題過程，以對物理知識的理解為基礎，但又是比理解更為復雜、更為高級的認識活動.學生會因缺乏物理情境而難以吸收與內化.在習題教學中，積極引入實驗教具，往往會取得事半功倍的效果.

1 有助于情境構建完善概念

在教學中，經常聽到學生說，物理課的學習是“一看就懂，一聽就會，一做就錯，一考就傻”.為什么學生在面對新的習題時，不知如何應用規律呢？筆者認為，最重要的原因是，學生在解題時，不能在頭腦中建立起相應的物理情境.而教具的使用，實驗的開展,能幫助學生生成物理情境，形成正確、科學的表象,最終幫助學生完善概念，掌握規律.

【例1】人在單杠上做引體向上，雙臂平行或雙臂張開(圖1中甲和乙)，都可以把自己向上升起.關于兩種狀態下人的雙臂用力的大小，下列說法正確的是

A．狀態甲用力大

B．狀態乙用力大

C．兩種狀態下，用力一樣大

D．兩種狀態下，用力無法比較

圖1

解析：本題是“力的合成”一課上完之后，安排的課后練習.雖然在學習中，學生已經知道“在分力一定時，夾角越大，合力越小”這個知識，但由于本題是從反向來應用這個規律，加之沒有從力的角度分析過引體向上，導致很多學生選了錯誤的選項A.為了給學生展現本題所述的情境，筆者特意做了一個教具，如圖2.裝置使用生活中常見的橡皮繩，在橡皮繩的中間掛上鉤碼，當增加繩間的夾角時，從橫梁上的刻度，可以很清晰地看到，橡皮繩變長了，說明繩上的彈力增加了.通過實驗，學生很容易得到選項B.同時，也能得到一個新的規律，“在合力一定的情況下，夾角越小，分力越小.”可見，運用實驗創設情境，豐富了學生的感性認識，調動了學生的學習積極性.在教師引導下，通過觀察、動手、動腦幾個步驟，拓寬了學生的思路，使學生的感性認識逐步上升為理性認識.

圖2

2 有助于啟發思維增強能力

帶電粒子在有界磁場中的運動問題，綜合性較強，解這類問題既要用到物理中的洛倫茲力、圓周運動的知識，又要用到數學中的平面幾何(如圓)及解析幾何知識.對于學生來講，解決此類問題，難度較大.解決此類問題，最關鍵的是找到粒子運動的軌跡，介紹一個好的工具給學生往往能夠啟發學生思維，增強其思維能力.

圖3

圖4

圖5

帶電粒子在磁場中運動，軌跡固定的題目很多，因此，軌跡圓這個教具用處還是很大的.隨后，筆者動手為學生做了一些小的軌跡圓，與如圖4相同.學生使用之后，紛紛表示太神奇了.軌跡圓教具的推出不僅啟發了學生的思維，培養了學生學習物理的興趣，并且使學生對筆者的教學更信服了，真是一舉多得.

3 有助于增強感性認識提高認知水平

在教學實踐中，發現出現較為抽象并闡述有科技裝置的習題，即使教師進行課堂講解，學生還有可能不得要領，比如，磁流體發電機、早期發電機、電能輸送裝置.筆者分析認為主要原因在于此類習題缺乏表象，不易使學生形成感性認知.解決此問題的方法之一即為學生提供具體實驗模型或裝置.嘗試自制一些模型、教具，再現其過程.通過模型或教具的演示，問題可清楚地呈現在學生面前，提高與加深了學生的認知與理解.

【例3】目前，世界上正在研究一種新型發電機叫磁流體發電機.圖6表示它的原理,將一束等離子體噴射入磁場，在磁場中有兩塊金屬板A，B，這時金屬板上就會聚集電荷，產生電壓.以下正確的是

A．B板帶正電

B．A板帶正電

C．其他條件不變，只增大射入速度，UAB增大

D．其他條件不變，只增大磁感應強度，UAB增大

圖6

解析：磁流體發電是將帶電的流體(離子氣體或液體)以極高的速度噴射到磁場中去，利用磁場對帶電流體產生的作用，從而發出電來.高中新課程教材《選修3-1》和各類教輔資料均有介紹.本題通過左手定則不難判斷出正離子在洛倫茲力的作用下向下偏轉，而負離子向上偏轉，導致A板帶負電，B板帶正電，所以選項A正確.隨著打在板上的電荷越

來越多，最終導致后面穿過的離子所受的電場力(AB板帶電產生電場)和洛倫茲力平衡，即qE=qvB，而UAB=Ed，得到UAB=vBd，所以,可以判斷選項C，D正確.題目雖然解出來了，但學生還會存在疑問，磁流體發電機真能發電嗎？為了打消學生的疑問，教師們設計制作了一臺磁流體發電機.

此教具以飽和NaNO3溶液為流體，該溶液以一定的流速進入強磁場，電荷在磁場中受洛倫茲力作用發生偏轉至兩金屬銅極，發出電來，從而彌補高中物理演示實驗教具的空白.制作本裝置，需要用到有機玻璃，銅條2片，強磁鐵2塊，數字式萬用表，氯仿(有機溶劑)等材料，裝置如圖7.高溫高壓等離子體可用飽和NaNO3溶液替代.使用時，銅條接上數字電壓表，將已配制的飽和NaNO3溶液倒入電解質溶液槽中，打開閥門，通過玻璃管經兩銅條流入回收槽；觀察微安表或數字式萬用表的示數變化情況；測得的實驗數據顯示，銅條兩端所測電壓最大值可達60 mV，微安表示數最大值可達50 μA.演示確實說明了磁流體發電機能發電，真正消除了學生的疑問.同時,此裝置為涉及到霍爾效應的題目，提供了實驗支持，今后學生遇到類似的問題都能快速理解.

圖7 磁流體發電機

在習題教學中，如果能充分利用好實驗教具，確實能幫助學生，使學生獲得感性認識，通過思考把知識點更快地轉化為理性認識，從而更好地解決所遇到的實際問題，最終提高了學生的解題能力，提高了教學效果.更為重要的是，通過實驗教具的展示促進了學生深刻理解物理知識的本質，源于生活實踐的問題解決策略有助于對物理與社會生活關系的認識，以及對物理本質的理解.